JP6319050B2 - Turbocharger - Google Patents
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Description
本発明は、1つのアクチュエータにより流量調整バルブとウエストゲートバルブを開閉駆動するターボチャージャに関する。 The present invention relates to a turbocharger that opens and closes a flow rate adjusting valve and a wastegate valve with one actuator.
(従来技術)
タービン羽根車へ排気ガスを導く排気ガス導入路の開度調整を行う流量調整バルブと、タービン羽根車を迂回させるバイパス路の開度調整を行うウエストゲートバルブとを備え、流量調整バルブとウエストゲートバルブの開度調整により過給圧のコントロールを行うターボチャージャが知られている。
(Conventional technology)
A flow rate adjusting valve for adjusting an opening degree of an exhaust gas introduction path for introducing exhaust gas to a turbine impeller, and a waste gate valve for adjusting an opening degree of a bypass path for bypassing the turbine impeller, the flow rate adjusting valve and the waste gate A turbocharger that controls supercharging pressure by adjusting the opening of a valve is known.
この種のターボチャージャとして、搭載性の向上やコスト低減等を目的として、1つのアクチュエータにより流量調整バルブとウエストゲートバルブを開閉駆動するターボチャージャが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に開示されるターボチャージャは、アクチュエータにより流量調整バルブを駆動するとともに、アクチュエータの出力をリンク装置によって変換し、リンク装置の出力によってウエストゲートバルブを駆動するものであり、リンク装置は流量調整バルブの開度変化途中でウエストゲートバルブを開弁するように設けられている。
As a turbocharger of this type, a turbocharger that opens and closes a flow rate adjustment valve and a wastegate valve with one actuator is known for the purpose of improving mountability and reducing costs (for example, see Patent Document 1).
The turbocharger disclosed in Patent Document 1 drives a flow rate adjustment valve by an actuator, converts an output of the actuator by a link device, and drives a wastegate valve by an output of the link device. The waste gate valve is provided to open during the change of the opening of the adjustment valve.
(従来技術の問題点)
一般的に、流路の開閉を行う開閉バルブは、開き始め直後の流量変化感度が高く、開度が大きくなると流量変化感度が下がる。
このため、アクチュエータの作動角を徐々に増加させた場合、流量調整バルブの開度の増加途中で過給圧の変化がなくなるとともに、その過給圧変化が無くなった流量調整バルブの開度変化途中においてウエストゲートバルブが開き初めることで過給圧が急激に下がる。
(Problems of conventional technology)
Generally, an open / close valve that opens and closes a flow path has high flow rate change sensitivity immediately after opening, and the flow rate change sensitivity decreases as the opening degree increases.
For this reason, when the operating angle of the actuator is gradually increased, there is no change in the supercharging pressure while the opening of the flow adjustment valve is increasing, and there is no change in the supercharging pressure. When the wastegate valve starts to open, the supercharging pressure drops sharply.
具体的に、アクチュエータの作動角に対する過給圧の変化特性は、図5(b)に示すように、「過給圧が変化しない範囲(過給圧不感帯Z)」と「過給圧が急激に変化する部位」が隣接して存在し、変化特性は明確な階段状になる。すると、過給圧制御のためにアクチュエータを変化させた際に「明確な階段状の過給圧特性」が過給圧制御性の悪化要因になり、ドライバビリティの低下を招いてしまう。 Specifically, as shown in FIG. 5B, the change characteristic of the supercharging pressure with respect to the operating angle of the actuator includes “a range in which the supercharging pressure does not change (supercharging pressure dead zone Z)” and “a supercharging pressure suddenly increases. There is an adjacent portion that changes to “a”, and the change characteristic has a clear step shape. Then, when the actuator is changed for the supercharging pressure control, the “clear staircase supercharging pressure characteristic” becomes a deteriorating factor of the supercharging pressure controllability, and drivability is lowered.
さらに、アクチュエータを圧力フィードバックする例を用いて説明すると、アクチュエータの作動角の変化途中に「過給圧が変化しない過給圧不感帯Z」が存在する場合、目標過給圧が変化し、実過給圧を目標過給圧に収束させる際に、実過給圧の変動幅が大きくなるとともに、収束時間が長くなってしまう不具合がある{図5(a)の上段のタイムチャートの破線J3参照}。 Further, using an example of pressure feedback of the actuator, if there is a “supercharging pressure dead zone Z in which the supercharging pressure does not change” during the change of the actuator operating angle, the target supercharging pressure changes and the actual overpressure changes. When the supply pressure is converged to the target boost pressure, there is a problem that the fluctuation range of the actual boost pressure becomes large and the convergence time becomes long (see the broken line J3 in the upper time chart of FIG. 5A). }.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、過給圧のコントロールを行う流量調整バルブとウエストゲートバルブを1つのアクチュエータで駆動するターボチャージャにおける過給圧の制御性を向上することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and improves the controllability of the supercharging pressure in a turbocharger that drives a supercharging pressure control flow rate adjusting valve and a wastegate valve with one actuator. With the goal.
本発明のターボチャージャは、ウエストゲートバルブが開き始める迂回開始開度θαを、飽和最小開度θL0より調整弁最小開度θ0側に設定するものである。
これにより、アクチュエータの変化範囲内に上述した過給圧不感帯Zを無くすことができる。このため、アクチュエータを変化させることで、過給圧を連続的に変化させることができ、過給圧の制御性を高めることができる。
In the turbocharger of the present invention, the detour start opening θα at which the wastegate valve starts to open is set to the adjustment valve minimum opening θ0 side from the saturation minimum opening θL0.
As a result, the above-described supercharging pressure dead zone Z can be eliminated within the change range of the actuator. For this reason, by changing the actuator, the supercharging pressure can be continuously changed, and the controllability of the supercharging pressure can be improved.
以下において発明を実施するための形態を、図面に基づいて詳細に説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for inventing is demonstrated in detail based on drawing.
本発明を適用したターボチャージャの具体例を説明する。なお、以下で開示する実施例は、一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。 A specific example of a turbocharger to which the present invention is applied will be described. In addition, the Example disclosed below discloses an example and it cannot be overemphasized that this invention is not limited to an Example.
[実施例1]
図1〜図5を参照して実施例1を説明する。
車両走行用のエンジン1(燃料の燃焼により回転動力を発生する内燃機関:燃料の種類は問わない、またレシプロエンジン、ロータリーエンジン等のエンジン形式を問わない)は、ターボチャージャ2を搭載する。
[Example 1]
A first embodiment will be described with reference to FIGS.
An engine 1 for driving a vehicle (an internal combustion engine that generates rotational power by burning fuel, regardless of the type of fuel, regardless of the engine type such as a reciprocating engine or a rotary engine) is equipped with a
エンジン1は、吸気をエンジン気筒内へ導く吸気通路3を備えるとともに、気筒内で発生した排気ガスを浄化して大気中に排出する排気通路4を備える。
ターボチャージャ2は、エンジン1から排出される排気ガスのエネルギーによって、エンジン1に吸い込まれる吸気を加圧する過給器であり、エンジン1の排気ガスによって駆動される排気タービン5と、この排気タービン5により駆動されてエンジン1に吸い込まれる吸気を加圧する吸気コンプレッサ6とを備える。
The engine 1 includes an
The
排気タービン5は、エンジン1から排出された排気ガスによって回転駆動されるタービン羽根車5aと、このタービン羽根車5aを収容する渦巻形状のタービンハウジング5bとを備えて構成される。なお、排気タービン5の詳細は後述する。
吸気コンプレッサ6は、タービン羽根車5aの回転力により駆動されて吸気通路3内の吸気を加圧するコンプレッサ羽根車6aと、このコンプレッサ羽根車6aを収容する渦巻形状のコンプレッサハウジングとを備えて構成される。
そして、タービン羽根車5aとコンプレッサ羽根車6aはシャフト7を介して結合されるものであり、このシャフト7はセンターハウジングによって高速回転自在に支持される。
The
The intake compressor 6 includes a
The
吸気通路3は、吸気管、インテークマニホールド、吸気ポートの各内部通路によって構成される。
具体的に、吸気通路3には、エンジン1に吸い込まれる吸気中に含まれる塵や埃を除去するエアクリーナ11、ターボチャージャ2の吸気コンプレッサ6、この吸気コンプレッサ6により圧縮されて昇温した吸気を強制冷却するインタークーラ12、エンジン1へ吸引される吸気量の調整を行うスロットルバルブ13、サージタンク等に設置されて過給圧を検出する過給圧センサ14などが設けられている。
The
Specifically, in the
排気通路4は、排気ポート、エキゾーストマニホールド、排気管の各内部通路によって構成される。
具体的に、排気通路4には、ターボチャージャ2の排気タービン5、排気タービン5を通過した排気ガスの浄化装置15(具体的には触媒等)、排気音を消音させて排気ガスを大気中に排出するマフラー16などが設けられている。
The exhaust passage 4 is constituted by internal passages of an exhaust port, an exhaust manifold, and an exhaust pipe.
Specifically, in the exhaust passage 4, the
ターボチャージャ2は、容量可変タイプであり、タービンハウジング5bには、タービン羽根車5aへ排気ガスを導く排気ガス導入路17の開度調整を行う流量調整バルブ18と、タービン羽根車5aを迂回させて排気ガスをタービン羽根車5aの排気下流側へ導くバイパス路19の開度調整を行うウエストゲートバルブ20とが設けられる。
The
具体的に、タービンハウジング5bの内部にはエンジン1から排出された排気ガスを旋回させてタービン羽根車5aへ吹き付ける独立した第1、第2排気スクロール21、22が設けられている。この第1、第2排気スクロール21、22は、それぞれタービン羽根車5aの周囲に形成されるものであり、第1排気スクロール21にはエンジン1の排出した排気ガスが常時流入するように設けられている。
Specifically, independent first and second exhaust scrolls 21 and 22 for turning the exhaust gas discharged from the engine 1 and blowing it to the
また、タービンハウジング5bには、タービンハウジング5b内に流入した排気ガスを第2排気スクロール22へ導く排気ガス導入路17が設けられている。この排気ガス導入路17は、タービンハウジング5bに形成された連通穴であり、流量調整バルブ18によって開閉される。
この流量調整バルブ18は、排気ガス導入路17の開度調整を行なうものであり、流量調整バルブ18の開度調整を行うことにより、第2排気スクロール22からタービン羽根車5aに向かう排気ガス量をコントロールして過給圧を制御する。
The
The flow
一方、タービンハウジング5bには、タービンハウジング5b内へ流入した排気ガスの一部を、タービン羽根車5aを迂回(バイパス)させて排気下流側(マフラー側)に導くバイパス路19が形成されている。
このバイパス路19は、ウエストゲートバルブ20によって開閉される。このウエストゲートバルブ20は、バイパス路19の開度調整を行なうものであり、ウエストゲートバルブ20の開度調整を行うことにより、タービン羽根車5aを迂回する排気ガス量をコントロールして過給圧を制御する。
On the other hand, in the
The
次に、図2を参照して、流量調整バルブ18とウエストゲートバルブ20の駆動機構を説明する。
流量調整バルブ18とウエストゲートバルブ20は、1つのアクチュエータ23により開閉駆動される。
アクチュエータ23とウエストゲートバルブ20の間には、アクチュエータ23の出力を変換してウエストゲートバルブ20を駆動するリンク装置24が設けられており、このリンク装置24によって流量調整バルブ18の開度変化途中でウエストゲートバルブ20が開弁する。
Next, with reference to FIG. 2, the drive mechanism of the
The flow
Between the
流量調整バルブ18は、リンク機構を介すことなくアクチュエータ23によって直接的に駆動されるものであっても良いが、この実施例では図2に示すように、リンク機構を介して駆動される例を示す。
The flow
アクチュエータ23は、通電制御により回転出力またはストローク出力を発生するものであり、一例として回転出力を発生する電動アクチュエータを採用する。
電動アクチュエータの具体例は、通電により回転出力を発生する電動モータ(例えば、DCモータ)と、この電動モータの回転出力を減速して出力トルクを増大させる減速装置(例えば歯車減速装置)とを組み合わせたものであり、電動モータに印加される通電量に応じた回転トルクを発生するものである。
The
A specific example of the electric actuator is a combination of an electric motor (for example, a DC motor) that generates a rotational output by energization and a reduction device (for example, a gear reduction device) that increases the output torque by decelerating the rotational output of the electric motor. In other words, a rotational torque corresponding to the amount of current applied to the electric motor is generated.
アクチュエータ23は、出力軸を初期位置へ戻すリターンスプリングを内蔵するものであっても良いし、内蔵しないものであっても良い。
アクチュエータ23にリターンスプリングを内蔵させなくても、流量調整バルブ18およびウエストゲートバルブ20のそれぞれにリターンスプリングを設けることにより、それぞれのリターンスプリングの復元力がリンク装置24を介してアクチュエータ23に伝達されるため、アクチュエータ23の停止時にアクチュエータ23の出力軸を初期位置に戻すことができる。
もちろん、アクチュエータ23に付勢力の小さい補助リターンスプリングを設けて、アクチュエータ23の出力軸を初期位置に戻す力を発生させても良い。
The
Even if the return spring is not built in the
Of course, an auxiliary return spring having a small urging force may be provided in the
また、アクチュエータ23は、出力変位を検出するアクチュエータ位置センサ25を備える。
アクチュエータ位置センサ25の具体例は、出力軸の作動角(回転角度)を検出する回転角センサである。なお、回転角センサは、磁気センサ等を用いた非接触型であっても良いし、ポテンショメータなどを用いた接触型であっても良い。そして、アクチュエータ位置センサ25のセンサ出力は、流量調整バルブ18およびウエストゲートバルブ20の開度制御を行なうECU26に出力される。
The
A specific example of the
リンク装置24は、
(i)図4(a)の実線FLに示すように、アクチュエータ23の作動角(具体的には、出力軸の変位角度)が大きくなるに従い流量調整バルブ18の開度を全閉状態から全開方向へ向けて徐々に大きくするとともに、
(ii)図4(a)の実線WGに示すように、アクチュエータ23の作動角が大きくなる途中でウエストゲートバルブ20を開弁させ、開弁以降はアクチュエータ23の作動角が大きくなるに従いウエストゲートバルブ20の開度を全開方向へ向けて徐々に大きくするものである。
The
(I) As indicated by a solid line FL in FIG. 4A, as the operating angle of the actuator 23 (specifically, the displacement angle of the output shaft) increases, the opening of the flow
(Ii) As shown by the solid line WG in FIG. 4A, the
リンク装置24の具体的な構造は限定するものでななく、例えばカム溝を用いたカムリンク機構、ワイヤに設けた遊び量で開弁開始位置をコントロールするとともにプーリ径で駆動トルクを調整するワイヤ機構、バネ力を用いたロック機構と解除機構を組み合わせて開弁開始位置をコントロールする伝達機構など、種々適用可能なものである。
The specific structure of the
アクチュエータ23とリンク装置24は、排気ガスの熱影響を受け難い吸気コンプレッサ6側に取り付けられており(一例であり、限定しない)、図2に示すように、リンク装置24から流量調整バルブ18へ第1ロッド27を介して出力が伝達されるとともに、リンク装置24からウエストゲートバルブ20へ第2ロッド28を介して出力が伝達されるものである。
The
流量調整バルブ18およびウエストゲートバルブ20の具体的な構造は限定するものではないが、一例として図2に示すように、弁体が回動操作されるヒンジバルブ構造を採用する。
The specific structures of the flow
具体的に、流量調整バルブ18は、排気ガス導入路17を直接開閉する弁体と、タービンハウジング5bに対して回転自在に支持される回動軸と、この回動軸と弁体を結合する内部アームと、タービンハウジング5bの外部に配置されて回動軸と第1ロッド27の端部を連結する外部アームとを備えるものであり、第1ロッド27のストローク変位により流量調整バルブ18が開閉操作される。
Specifically, the flow
ウエストゲートバルブ20は、上述した流量調整バルブ18と同様の構造を備えるものであり、バイパス路19を直接開閉する弁体と、タービンハウジング5bに対して回転自在に支持される回動軸と、この回動軸と弁体を結合する内部アームと、タービンハウジング5bの外部に配置されて回動軸と第2ロッド28の端部を連結する外部アームとを備えるものであり、第2ロッド28のストローク変位によりウエストゲートバルブ20が開閉操作される。
The
上述したように、この実施例のターボチャージャ2は、
・コンプレッサ羽根車6aを駆動するタービン羽根車5aと、
・排気ガス導入路17の開度調整を行う流量調整バルブ18と、
・バイパス路19の開度調整を行うウエストゲートバルブ20と、
・流量調整バルブ18を駆動するアクチュエータ23と、
・このアクチュエータ23の出力を変換して流量調整バルブ18の開度変化途中でウエストゲートバルブ20を開弁させるリンク装置24とを具備する。
そして、アクチュエータ23がECU26により通電制御される構成を採用する。
As described above, the
A
A flow
A
An
A
A configuration is adopted in which the
次に、以下で用いる用語を一括で説明する。
以下では、
・流量調整バルブ18の最小開度(この実施例では全閉開度)を調整弁最小開度θ0、
・流量調整バルブ18の最大開度を調整弁最大開度θn、
・流量調整バルブ18を調整弁最小開度θ0から調整弁最大開度θnへ変化させた際にタービン修正流量が最大となる流量調整バルブ18の開度範囲を飽和範囲θL、
・この飽和範囲θLのうちで流量調整バルブ18が最小となる開度を飽和最小開度θL0、
・流量調整バルブ18を調整弁最小開度θ0から調整弁最大開度θnへ変化させた際にウエストゲートバルブ20が閉弁から開弁に変化する開度を迂回開始開度θαと称する。
なお、タービン修正流量は、タービンに流入する排気ガスの流量を、排気ガスの圧力と排気ガスの温度で修正したものである。
Next, terms used in the following will be explained collectively.
Below,
The minimum opening of the flow rate adjustment valve 18 (the fully closed opening in this embodiment) is set to the minimum adjustment valve opening θ0,
-The maximum opening of the flow
When the flow
The opening at which the flow
The opening at which the
The turbine corrected flow rate is obtained by correcting the flow rate of the exhaust gas flowing into the turbine with the pressure of the exhaust gas and the temperature of the exhaust gas.
流量調整バルブ18の開度を変化させると、図3(a)に示すように、高開度になるほど、等膨張比でのタービン修正流量が大きくなる。
しかし、流量調整バルブ18の開度とタービン修正流量との関係は、図3(b)に示すように、流量調整バルブ18の開度が飽和最小開度θL0に達すると、タービン修正流量が最大値に達してしまい、飽和範囲θLでは流量調整バルブ18の開度を変化させてもタービンの容量特性が変化しなくなる。
When the opening degree of the flow
However, the relationship between the opening of the flow
ここで、本発明とは異なり、ウエストゲートバルブ20が開弁を開始する迂回開始開度θαが飽和範囲θL内に設定された場合は、図5(b)の破線Pj(過給圧の変化特性)に示すように、アクチュエータ23を変化させて流量調整バルブ18の開度を変化させても、過給圧が変化しない過給圧不感帯Zが生じてしまう。
即ち、ウエストゲートバルブ20が開弁を開始するアクチュエータ作動角ηαj(迂回開始開度θαの時のアクチュエータ23の出力角)が、飽和最小開度θL0の時のアクチュエータ作動角ηL0より大きい作動角に設定される場合は、アクチュエータ23の変化範囲内に過給圧不感帯Zが生じてしまう。
Here, unlike the present invention, when the detour start opening θα at which the
That is, the actuator operating angle ηαj at which the
話は一旦外れるが、この実施例のECU26は、アクチュエータ23を圧力フィードバックにより制御する(一例であり、限定しない)。
具体的に、ECU26は、マイクロコンピュータを搭載するエンジン・コントロール・ユニットであり、エンジン1の運転状態(エンジン1に設けられたエンジン回転数センサ29によって検出されるエンジン回転数や、スロットルバルブ13の開度など)からエンジン1の運転状態に適した目標過給圧を算出する。そして、過給圧センサ14で検出した実過給圧(吸気圧)がECU26が算出した目標過給圧に合致するように、ECU26がアクチュエータ23をフィードバック制御する。なお、フィードバック制御は、PID制御やPI制御などの周知技術を採用するものである。
Although the story goes away, the
Specifically, the
話を戻し、上述したように、アクチュエータ23の変化範囲内に過給圧不感帯Zが存在する場合で、目標過給圧が変化した場合の不具合を図5(a)を参照して説明する。
先ず、図5(a)の上段のタイムチャートの実線Xに示すように、目標過給圧が変化する。
すると、図5(a)の下段のタイムチャートにおける「ウエストゲートバルブ20が開弁を開始するアクチュエータ作動角ηαj」が大きく、破線J1に示すようにアクチュエータ作動角の変化幅が大きくなり、図5(a)の中段のタイムチャートの破線J2に示すようにフィードバック補正量が大きく変動する。
その結果、図5(a)の上段のタイムチャートの破線J3に示すように、実過給圧の変動が大きくなってドライバビリティの悪化を招くとともに、実過給圧が目標過給圧に収束するのに時間がかかってしまう。即ち、アクチュエータ23の変化範囲内に過給圧不感帯Zが存在することで、ドライバビリティの悪化と過給圧制御性の悪化を招いてしまう。
Returning to the description, as described above, a failure when the target boost pressure changes in the case where the boost pressure dead zone Z exists within the change range of the
First, as shown by the solid line X in the upper time chart of FIG. 5A, the target supercharging pressure changes.
Then, the “actuator operating angle ηαj at which the
As a result, as shown by the broken line J3 in the upper time chart of FIG. 5A, the actual boost pressure fluctuates and the drivability deteriorates, and the actual boost pressure converges to the target boost pressure. It takes time to do. That is, the presence of the supercharging pressure dead zone Z within the change range of the
上記の不具合を解決する手段として、この実施例1のターボチャージャ2は、「流量調整バルブ18の開度変化途中でウエストゲートバルブ20が開き始める迂回開始開度θα」を、「流量調整バルブ18を調整弁最小開度θ0から調整弁最大開度θnへ変化させた際にタービン修正流量が最大となる飽和範囲θLのうちで流量調整バルブ18が最小となる飽和最小開度θL0」よりも「流量調整バルブ18の調整弁最小開度θ0側」に設定している。即ち、迂回開始開度θαを、飽和最小開度θL0より調整弁最小開度θ0側に設定するものである。
As a means for solving the above problem, the
このことを、アクチュエータ23の作動角で説明すると、ウエストゲートバルブ20が開弁を開始するアクチュエータ作動角ηα1(迂回開始開度θαの時のアクチュエータ23の出力角)を、飽和最小開度θL0の時のアクチュエータ作動角ηL0より小さい作動角に設定するものである。
This will be explained by the operating angle of the
このように設けることで、アクチュエータ23の変化範囲内に上述した過給圧不感帯Zが生じる不具合を回避することができる。
具体的には、アクチュエータ23の作動角に対する過給圧の変化特性を、従来技術の「明確な階段状の過給圧特性」に比較して、図4(b)の実線P1に示すように「連続的な過給圧特性」に近づけることができる。
なお、図4(b)の破線Pflは、流量調整バルブ18のみによる過給圧特性を示すものであり、図4(b)の破線Pwgは、ウエストゲートバルブ20のみによる過給圧特性を示すものである。
By providing in this way, the malfunction which the supercharging pressure dead zone Z mentioned above in the change range of the
Specifically, the change characteristic of the supercharging pressure with respect to the operating angle of the
The broken line Pfl in FIG. 4B indicates the boost pressure characteristic by only the flow
実施例1の作動例を説明する。
この実施例1では、上記構成を採用することで、アクチュエータ23の変化範囲内に過給圧不感帯Zが存在しない。この場合で、目標過給圧が変化した場合の作動例を図5(a)を参照して説明する。
先ず、図5(a)の上段のタイムチャートの実線Xに示すように、目標過給圧が変化する。
すると、図5(a)の下段のタイムチャートにおける「ウエストゲートバルブ20が開弁を開始するアクチュエータ作動角ηα1」が従来技術(作動角ηαj参照)より小さい側に設定される。このため、実線H1に示すようにアクチュエータ作動角の変化幅を小さくでき、図5(a)の中段のタイムチャートの実線H2に示すようにフィードバック補正量を小さくできる。
その結果、図5(a)の上段のタイムチャートの実線H3に示すように、実過給圧の変動を抑えることができるとともに、実過給圧が目標過給圧に収束する時間を従来技術(破線J3参照)より短縮できる。
An operation example of the first embodiment will be described.
In the first embodiment, the supercharging pressure dead zone Z does not exist in the change range of the
First, as shown by the solid line X in the upper time chart of FIG. 5A, the target supercharging pressure changes.
Then, the “actuator operating angle ηα1 at which the
As a result, as shown by the solid line H3 in the upper time chart of FIG. 5A, the fluctuation of the actual supercharging pressure can be suppressed, and the time for the actual supercharging pressure to converge to the target supercharging pressure can be reduced. (Refer to the broken line J3).
(実施例1の効果)
実施例1のターボチャージャ2は、上述したように、ウエストゲートバルブ20が開き始める迂回開始開度θαを、飽和最小開度θL0より調整弁最小開度θ0側に設定したものである。即ち、「ウエストゲートバルブ20が開弁を開始するアクチュエータ作動角ηα1」を、「飽和最小開度θL0の時のアクチュエータ作動角ηL0より小さい作動角」に設定したものである。
これにより、アクチュエータ23の変化範囲内に上述した過給圧不感帯Zを無くすことができるため、アクチュエータ23を変化させることで、過給圧を途切れなく連続的に変化させることができる。その結果、目標過給圧が変化した際に、実過給圧の変動を抑ることができるとともに、実過給圧を目標過給圧に収束する時間を短縮することができる。即ち、本発明を採用することにより、ドライバビリティの向上と過給圧制御性の向上を図ることができる。
(Effect of Example 1)
In the
Thereby, since the supercharging pressure dead zone Z described above can be eliminated within the change range of the
[実施例2]
図5、図6を参照して実施例2を説明する。なお、以下の実施例において上記実施例1と同一符合は同一機能物を示すものである。
上記の実施例1では、ウエストゲートバルブ20が開き始める迂回開始開度θαの上限値(即ち、ウエストゲートバルブ20が開弁を開始するアクチュエータ作動角ηα1の上限値)の設定技術を開示した。
これに対し、この実施例は、ウエストゲートバルブ20が開き始める迂回開始開度θαのより好ましい設定技術(即ち、ウエストゲートバルブ20が開弁を開始するアクチュエータ作動角ηα2の好ましい設定技術)を示すものである。
[Example 2]
A second embodiment will be described with reference to FIGS. In the following embodiments, the same reference numerals as those in the first embodiment indicate the same functions.
In the first embodiment, the technology for setting the upper limit value of the detour start opening θα at which the
On the other hand, this embodiment shows a more preferable setting technique of the detour start opening degree θα at which the
上述したように、アクチュエータ23は、出力変位を検出するアクチュエータ位置センサ25(具体的な一例として回転角センサ)を備える。
そして、ECU26によるアクチュエータ23の制御分解能は、アクチュエータ位置センサ25の検出分解能により決定される。即ち、迂回開始開度θα付近におけるアクチュエータ23の制御分解能は、アクチュエータ位置センサ25の最小検出角度で決定される最小制御開度Δである。
As described above, the
The control resolution of the
迂回開始開度θαから最小制御開度Δだけ調整弁最大開度θn側にアクチュエータ23を駆動した際における過給圧感度の変化幅の絶対値を開弁側変化幅Aとする。
即ち、ウエストゲートバルブ20が開弁を開始するアクチュエータ作動角ηα2から最小制御開度Δだけ作動角を大きくする側にアクチュエータ23を駆動した際における過給圧感度の変化幅の絶対値を開弁側変化幅Aとする。
The absolute value of the change range of the supercharging pressure sensitivity when the
That is, the absolute value of the change range of the supercharging pressure sensitivity when the
一方、迂回開始開度θαから最小制御開度Δだけ調整弁最小開度θ0側にアクチュエータ23を駆動した際における過給圧感度の変化幅の絶対値を閉弁側変化幅Bと称する。
即ち、ウエストゲートバルブ20が開弁を開始するアクチュエータ作動角ηα2から最小制御開度Δだけ作動角を小さくする側にアクチュエータ23を駆動した際における過給圧感度の変化幅の絶対値を閉弁側変化幅Bとする。
On the other hand, the absolute value of the change width of the boost pressure sensitivity when the
That is, the absolute value of the change range of the supercharging pressure sensitivity when the
開弁側変化幅Aと閉弁側変化幅Bの比が小さいほど、アクチュエータ作動角の変化に対する過給圧の変化特性が滑らかになり、過給圧制御性を向上できる。
そこで、この実施例では、開弁側変化幅Aを閉弁側変化幅Bの所定値倍以内に設定する構成を採用する。具体的に、過給圧の変化特性の連続性を確保するために、開弁側変化幅Aを閉弁側変化幅Bの3倍以内に設定することが望ましい。さらに好ましい形態は、過給圧の変化特性が滑らかにする目的で、開弁側変化幅Aを閉弁側変化幅Bの1倍以内に設定するものである。
As the ratio of the valve opening side change width A and the valve closing side change width B is smaller, the change characteristic of the supercharging pressure with respect to the change of the actuator operating angle becomes smoother, and the supercharging pressure controllability can be improved.
Therefore, in this embodiment, a configuration is adopted in which the valve opening side variation width A is set within a predetermined value times the valve closing side variation width B. Specifically, in order to ensure the continuity of the change characteristic of the supercharging pressure, it is desirable to set the valve opening side change width A within three times the valve closing side change width B. In a more preferred embodiment, the valve opening side change width A is set within one time of the valve closing side change width B for the purpose of smoothing the change characteristic of the supercharging pressure.
このように、開弁側変化幅Aを閉弁側変化幅Bの3倍以内に設定することで、アクチュエータ23の作動角に対する過給圧の変化特性を、図6(b)の実線P2に示すように、「連続的で滑らかな過給圧特性」に近づけることができる。
なお、図6(c)の実線Kは、アクチュエータ作動角に対する過給圧感度特性(アクチュエータ23を変化させた際における過給圧の変化量の絶対値の変化特性)を示すものであり、図6(c)の破線Kflは、流量調整バルブ18のみによる過給圧感度特性を示すものであり、図6(c)の破線Kwgは、ウエストゲートバルブ20のみによる過給圧感度特性を示すものである。
Thus, by setting the valve opening side change width A to be within three times the valve closing side change width B, the change characteristic of the supercharging pressure with respect to the operating angle of the
Note that the solid line K in FIG. 6C shows the supercharging pressure sensitivity characteristic with respect to the actuator operating angle (change characteristic of the absolute value of the change amount of the supercharging pressure when the
実施例2の作動例を説明する。
図5(a)の上段のタイムチャートの実線Xに示すように、目標過給圧が変化する。
すると、図5(a)の下段のタイムチャートにおける「ウエストゲートバルブ20が開弁を開始するアクチュエータ作動角ηα2」が上記実施例1(作動角ηα1参照)より小さい側に設定される。これにより、破線I1に示すようにアクチュエータ作動角の変化幅を小さくでき、図5(a)の中段のタイムチャートの破線I2に示すようにフィードバック補正量を小さくできる。
An operation example of the second embodiment will be described.
As indicated by a solid line X in the upper time chart of FIG. 5A, the target supercharging pressure changes.
Then, “actuator operating angle ηα2 at which the
その結果、図5(a)の上段のタイムチャートの破線I3に示すように、実過給圧の変動を実施例1よりさらに抑えることができるとともに、実過給圧が目標過給圧に収束する時間を実施例1よりさらに短縮することができる。
即ち、この実施例2を採用することにより、目標過給圧が変化した際の実過給圧の変動を抑ることができるとともに、実過給圧を目標過給圧に収束する時間を短縮することができる。
As a result, as shown by the broken line I3 in the upper time chart of FIG. 5A, the fluctuation of the actual supercharging pressure can be further suppressed than in the first embodiment, and the actual supercharging pressure converges to the target supercharging pressure. It is possible to further shorten the time for performing the process.
That is, by adopting the second embodiment, it is possible to suppress fluctuations in the actual supercharging pressure when the target supercharging pressure changes, and to shorten the time for the actual supercharging pressure to converge to the target supercharging pressure. can do.
上記の実施例では、圧力フィードバックによりアクチュエータ23を制御する例を示したが、アクチュエータ23の機械的出力値のフィードバックによりアクチュエータ23を制御しても良い。具体的な一例として、目標過給圧からアクチュエータ23の目標作動角を算出し、アクチュエータ位置センサ25によって検出される実作動角が目標作動角に合致するように、ECU26がアクチュエータ23をフィードバック制御しても良い。
In the above embodiment, the example in which the
上記の実施例では、アクチュエータ23をフィードバック制御する例を示したが、アクチュエータ23をフィードフォワード制御(オープン制御)しても良い。具体的な一例として、目標過給圧からアクチュエータ23の目標作動角を算出し、目標作動角に応じた目標通電量を算出し、その目標通電量に応じた電力を電動モータに付与しても良い。
In the above embodiment, the example in which the
5a タービン羽根車
6a コンプレッサ羽根車
17 排気ガス導入路
18 流量調整バルブ
19 バイパス路
20 ウエストゲートバルブ
23 アクチュエータ
24 リンク装置
Claims (5)
このタービン羽根車(5a)へ排気ガスを導く排気ガス導入路(17)の開度調整を行う流量調整バルブ(18)と、
前記タービン羽根車(5a)を迂回させて排気ガスを排気下流側へ導くバイパス路(19)の開度調整を行うウエストゲートバルブ(20)と、
前記流量調整バルブ(18)を直接または間接的に駆動する通電制御可能なアクチュエータ(23)と、
このアクチュエータ(23)の出力を変換して前記ウエストゲートバルブ(20)を駆動するものであり、前記流量調整バルブ(18)の開度変化途中で前記ウエストゲートバルブ(20)を開弁させるリンク装置(24)と、
を具備するターボチャージャ(2)において、
前記流量調整バルブ(18)の最小開度を調整弁最小開度θ0、
前記流量調整バルブ(18)の最大開度を調整弁最大開度θn、
前記流量調整バルブ(18)を調整弁最小開度θ0から調整弁最大開度θnへ変化させた際にタービン修正流量が最大となる前記流量調整バルブ(18)の開度範囲を飽和範囲θL、
この飽和範囲θLのうちで前記流量調整バルブ(18)が最小となる開度を飽和最小開度θL0、
前記流量調整バルブ(18)を調整弁最小開度θ0から調整弁最大開度θnへ変化させた際に前記ウエストゲートバルブ(20)が閉弁から開弁に変化する開度を迂回開始開度θαとした場合、
前記迂回開始開度θαを、前記飽和最小開度θL0より前記調整弁最小開度θ0側に設定したことを特徴とするターボチャージャ(2)。 A turbine impeller (5a) for driving a compressor impeller (6a) for intake air compression;
A flow rate adjusting valve (18) for adjusting the opening degree of the exhaust gas introduction passage (17) for introducing the exhaust gas to the turbine impeller (5a);
A wastegate valve (20) that adjusts the opening of a bypass passage (19) that bypasses the turbine impeller (5a) and guides exhaust gas to the exhaust downstream side;
An energizable controllable actuator (23) for driving the flow rate adjusting valve (18) directly or indirectly;
A link for converting the output of the actuator (23) to drive the wastegate valve (20) and opening the wastegate valve (20) in the middle of changing the opening of the flow rate adjusting valve (18). A device (24);
In the turbocharger (2) having
The minimum opening of the flow rate adjusting valve (18) is set as the adjusting valve minimum opening θ0,
The maximum opening degree of the flow rate adjusting valve (18) is set as the adjusting valve maximum opening degree θn,
When the flow rate adjustment valve (18) is changed from the adjustment valve minimum opening degree θ0 to the adjustment valve maximum opening degree θn, the opening range of the flow rate adjustment valve (18) at which the turbine correction flow rate becomes maximum is set to a saturation range θL,
Within this saturation range θL, the opening at which the flow rate adjusting valve (18) is minimized is the saturation minimum opening θL0,
When the flow rate adjusting valve (18) is changed from the adjusting valve minimum opening θ0 to the adjusting valve maximum opening θn, the opening at which the wastegate valve (20) changes from closing to opening is bypassed. If θα,
The turbocharger (2), wherein the detour start opening θα is set to the adjustment valve minimum opening θ0 side with respect to the saturation minimum opening θL0.
前記迂回開始開度θαにおける前記アクチュエータ(23)の制御分解能を最小制御開度Δ、
前記迂回開始開度θαから最小制御開度Δだけ前記調整弁最大開度θn側に前記アクチュエータ(23)を駆動した際における過給圧感度の変化幅の絶対値を開弁側変化幅A、
前記迂回開始開度θαから最小制御開度Δだけ前記調整弁最小開度θ0側に前記アクチュエータ(23)を駆動した際における過給圧感度の変化幅の絶対値を閉弁側変化幅Bとした場合、
前記開弁側変化幅Aは、前記閉弁側変化幅Bの所定値倍以内に設定されることを特徴とするターボチャージャ(2)。 The turbocharger (2) according to claim 1,
The control resolution of the actuator (23) at the detour start opening θα is set to the minimum control opening Δ,
The absolute value of the change width of the boost pressure sensitivity when the actuator (23) is driven by the minimum control opening degree Δ from the detour start opening degree θα to the adjustment valve maximum opening degree θn side is defined as a valve opening side change width A,
The absolute value of the change width of the supercharging pressure sensitivity when the actuator (23) is driven to the adjustment valve minimum opening degree θ0 side by the minimum control opening degree Δ from the detour start opening degree θα is the valve closing side change width B. if you did this,
The turbocharger (2), wherein the valve opening side change width A is set within a predetermined value times the valve closing side change width B.
前記開弁側変化幅Aは、前記閉弁側変化幅Bの3倍以内に設定されることを特徴とするターボチャージャ(2)。 The turbocharger (2) according to claim 2,
The turbocharger (2), wherein the valve opening side change width A is set within three times the valve closing side change width B.
前記アクチュエータ(23)は、当該アクチュエータ(23)の出力変位を検出するアクチュエータ位置センサ(25)を備えるものであり、
前記アクチュエータ(23)の制御分解能は、前記アクチュエータ位置センサ(25)における検出分解能であることを特徴とするターボチャージャ(2)。 In the turbocharger (2) according to claim 2 or claim 3,
The actuator (23) includes an actuator position sensor (25) for detecting an output displacement of the actuator (23).
The turbocharger (2), wherein the control resolution of the actuator (23) is a detection resolution of the actuator position sensor (25).
このターボチャージャ(2)は、エンジン(1)から排出された排気ガスを旋回させて前記タービン羽根車(5a)へ吹き付ける独立した第1、第2排気スクロール(21、22)を有するタービンハウジング(5b)を備え、
前記流量調整バルブ(18)により開度調整される前記排気ガス導入路(17)は、前記第2排気スクロール(22)へ排気ガスを導く連通穴であることを特徴とするターボチャージャ(2)。 In the turbocharger (2) according to any one of claims 1 to 4,
This turbocharger (2) is a turbine housing having independent first and second exhaust scrolls (21, 22) that swirl exhaust gas discharged from the engine (1) and spray it onto the turbine impeller (5a). 5b)
The turbocharger (2), wherein the exhaust gas introduction path (17) whose opening degree is adjusted by the flow rate adjusting valve (18) is a communication hole for introducing exhaust gas to the second exhaust scroll (22). .
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